동역학 행렬 제어(Dynamic Matrix Control) 기법은 각종 산업 현장에서 가장 활발하게 적용되고 있는 고급 제어 기법으로, 최근에는 공정제어의 표준 기법으로 인식되고 있다. 일반적으로 동역학 행렬 제어에서는 대상 플랜트의 거동을 묘사하기 위하여 계단 응답 모델을 이용한다. 본 논문에서는 화력발전의 관류 보일러-터빈 시스템에 동역학 행렬 제어 기법을 적용한 결과를 제시한다. 먼저 제어를 위해 두 개의 입력변수로 스프레이와 댐퍼를 선정한 후, 두 개의 주요 출력 변수에 대한 계단 응답 모델을 생성하였다. 그 후, 생성된 2 입력 - 2 출력 계단 응답 모델을 바탕으로 한, 동역학 행렬 제어의 최적화 계산을 통해 매 순간 보일러 스팀 온도를 제어하는 구조의 제어기를 설계하였다. 제시된 제어기를 두산(주)의 보일러 시뮬레이션 모델인 APESS에 적용한 결과 만족할 만한 제어 성능을 나타냄을 확인하였다.
보일러회사들의 사업다각화 기세가 놀라울 정도다. 특히 난방사업과 냉방사업을 아우르는 다각화는 유난히 계절을 타는 보일러 회사들에게는 최적의 조합으로 꼽히고 있다. 귀뚜라미보일러와 경동보일러가 그렇다. 이들 회사들은 동절기를 겨냥한 난방 시즌이 끝나도 하절기를 겨냥한 냉방 시즌이 기다리고 있으니 일년 365일을 항상 같은 템포로 유지할 수 있다. 가을철 추수가 끝나면 기나 긴 농한기에 접어 드는 농촌처럼 한 구석이 허전했던 보일러 회사의 대리점들도 이제는 손발에 땀이 나게 뛰기만 하면 된다. 하지만 귀뚜라미와 경동의 사업 내용은 전혀 다르다. 귀뚜라미는 에어컨의 제조원이고 경동은 판매원이다. 귀뚜라미가 센추리 아산공장을 인수하고 지난달에는 범양공조까지 흡수하면서 에어컨 메이커의 메이저를 꿈꾸고 있는 반면 경동은 세계 최대 에어컨 회사인 캐리어와 손잡고 마케팅 컴퍼니의 메이저 자리를 노리고 있다. 진입방식은 다르지만 냉난방 전문 기업으로 변신을 꾀하고 있는 귀뚜라미와 경동보일러의 에어컨 사업을 들여다 본다.
본 연구에서는 일반 가정에서 많이 쓰이고 있는 15,000 Kcal/hr용량의 유류 보일러에 대한 제반 실험을 통하여 보일러 운전자료를 제공함은 물론 방열코일의 열교환 실험을 통하여 시중에 유통되고 있는 방열코일의 방열량 비교와 공기와 냉각수와의 열관류율을 비교함으로서 보일러 시공에 필요한 기초 자료를 얻었다. 연소에 필요한 급기량은 매연농도가 문제시 되지 않는 Smoke Scale No.가 1 이하인 공기비 1.45 이상으로 운전이 되어야 하며 송수온도는 t2=-0.0781XGw+85($^{\circ}C$)의 실험식으로 표시할 수 있다. 공기중에서 코일의 방열량은 X-L관이 외경의 차이로 인해 동관보다 높게 나타났다.
동역학 행렬제어(Dynamic Matrix Control) 기법은 각종 산업 현장에서 가장 활발하게 적용되고 있는 고급 제어기법으로, 최근에는 공정제어의 표준 기법으로 인식되고 있다. 동역학 행렬제어에서는 대상 플랜트의 거동을 묘사하기 위하여 계단 응답 모델(Step Response Model)을 이용한다. 한편 화력발전의 보일러-터빈시스템은 심한 비선 형성과 넓은 운전영역으로 인하여 기존의 선형제어기법으로 제어하기에는 그 성능의 한계가 있게 된다. 본 논문에서는 미리 선정된 동작점에서 계단 응답 모델을 개발한 후, 이를 통한 실시간 보간(Interpolation)을 통하여 계단응답 모델을 실시간으로 개선하는 동역학 행렬제어 기법을 제시한다. 제시된 제어 기법은 화력발전의 보일러-터빈 시스템에 적용하여 만족할 만한 제어 성능을 확인하였다.
[ $\ulcorner$ ]애프터서비스(A/S)는 제품판매후 단순히 잘못된 것을 수리해 주는 뒷처리사업이 아니라 새로운 영업의 시작이며 회사의 이미지를 만드는 일등공신입니다.$\lrcorner$ 가스보일러 제조업체에서 A/S업무를 책임지고 있는 한 관계자의 말이다. 현대는 서비스 경쟁의 시대다. 제품 및 새기술의 개발만큼이나 서비스분야가 중요하다는 의미다. 이에 따라 서비스사업 뿐만 아니라 제품제조업체도 $\ulcorner$친절$\lrcorner$, $\ulcorner$정확$\lrcorner$, $\ulcorner$신속$\lrcorner$ 이라는 3박자를 갖춘 A/S제도를 갖추는 것이 필수과제로 되어있다. 특히 가스보일러는 동절기 난방용으로 사용하는 제품이어서 신속$\cdot$정확이 생명이라고 할 수 있다. 또 가스보일러는 다른 전자제품과는 달리 제품의 고장이 CO중독 등 사고와 직결된다는 점에서 A/S의 중요성이 강조된다.
최근 경제적인 연비와 효율적인 가동성, 배기가스 감소의 이유로 초임계압 보일러가 각광받고 있다. 하지만 보일러 연소로는 용접된 튜브로 구성되어 있기 때문에 연소 시 내부압력에 의해 발생되는 진동에 취약하여 이에 대한 진동안정성 평가가 필요하다. 본 논문에서는 CFD 기법을 기반으로 수행한 변동압력 해석과 단순화한 모델을 이용한 진동해석을 통하여 보일러 운전 시의 진동안정성 평가를 수행하였다. 변동압력해석은 정상상태 CFD 해석을 수행하고, 이를 이용한 음향모드 해석과 비정상상태 CFD 해석에서 변동압력을 추출하고, 음향모드 해석결과와 주파수 성분을 비교하여 검증하였으며 이를 진동해석 모델에 기진력으로 적용하여 보일러 연소로의 진동해석을 수행하였다. 진동해석 모델은 동특성을 고려한 등가물성치를 이용하여 연소로의 복잡한 구조를 단순화하였으며 buckstay 등의 방진구조를 구현하여 보일러의 진동안정성을 평가하는 기법을 정립하였다. 해석결과, 보일러 운전조건에서 비정상상태 CFD 해석을 통해 구한 변동압력과 진동해석을 통해 얻은 가속도 응답은 안정적 수준인 것으로 확인하였다. 이는 향후 유사한 보일러 안정성 평가에 적용이 가능하고, buckstay 등 보일러의 방진 구조 설계 및 평가에도 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
최근 오래된 산업단지의 해체수요가 증가하고 있으며, 해체된 산업부지를 원래 자연환경으로 복원하는 공사를 진행하고 있다. 본 시공사례는 오래된 산업단지 내의 대형 철골구조물을 해체하기 위해 발파해체공법 중 전도공법을 적용하였다. 철골구조물을 절단하기 위해 금속 제트가 발생하는 장약용기를 사용하였다. 발파구간 중 철골구조물의 두께가 두꺼운 부분은 가스와 산소 불꽃 또는 아크열에 의해 깊은 홈을 파는 방법인 가우징을 적용하여 두께를 조절하였다. 발파해체 결과, 철골구조물은 예측된 방향으로 정확히 전도하였으며, 주변 시설물에 피해 없이 발파해체를 완료하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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